專利名稱：一種介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子體產(chǎn)生裝置，具體為一種介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器。
技術(shù)背景
低溫等離子體應(yīng)用中，當(dāng)氣體電離生成電子、正離子時，一般在一段時間內(nèi)發(fā) 生結(jié)合，回到中性分子狀態(tài)。在分子離解時常生成自由基；生成的電子結(jié)合中性原子、 分子形成負(fù)離子。因此，整個等離子體是電子、正負(fù)離子、激發(fā)態(tài)原子、原子以及自由 基的混合狀態(tài)。因為各種化學(xué)反應(yīng)都是在高激發(fā)態(tài)下進(jìn)行的，與經(jīng)典的化學(xué)反應(yīng)完全不 同，比通常的化學(xué)反應(yīng)器所產(chǎn)生的活性粒子種類更多、活性更強(qiáng)、更易于和所接觸的材 料發(fā)生反應(yīng)，因此它們被用來對材料表面進(jìn)行處理及化學(xué)改性。
和傳統(tǒng)的方法相比，等離子表面處理具有顯著的優(yōu)點(diǎn)成本低、無廢棄物、無 污染，可得到傳統(tǒng)的化學(xué)方法難以得到的處理效果。
目前，等離子體表面處理在工業(yè)上應(yīng)用得比較多的是在表面改性、滅菌消毒以 及化學(xué)改性方面。
低溫等離子體產(chǎn)生有低氣壓和大氣壓兩種方式，低氣壓由于需要真空系統(tǒng)，增 加投資和運(yùn)行成本，也使生產(chǎn)難以連續(xù)運(yùn)行，而大氣壓下低溫等離子體可以克服以上缺 陷。
常見的大氣壓氣體放電形式有電弧、等離子體射流、介質(zhì)阻擋放電、輝光放 電、電暈放電。對于等離子體表面處理和化學(xué)改性在工業(yè)上的應(yīng)用，電弧的高溫將損壞 被處理的材料；等離子體射流通常難以形成大面積均勻的等離子體；DBD等離子體有以 下缺點(diǎn)(I)DBD由一些放電細(xì)絲組成，難以對材料表面進(jìn)行均勻處理；O)DBD放電細(xì) 絲直徑很小但電流密度很大，可能使介質(zhì)或試品表面燒蝕或穿孔。實現(xiàn)大氣壓下的輝光 形式的均勻穩(wěn)定放電十分困難，關(guān)鍵問題在于如何降低放電場強(qiáng)，使得放電處于電子崩 階段，限制電流密度的自由增長，抑制放電向流注階段的發(fā)展。常規(guī)的電暈放電結(jié)構(gòu)為 線筒式結(jié)構(gòu)、線板式結(jié)構(gòu)、針板式結(jié)構(gòu)，電暈放電的電暈區(qū)較小僅限于電暈電極附近， 放電電流也比較弱。若提高放電電壓容易形成火花擊穿。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器，以避免現(xiàn)有技術(shù)大氣壓下 氣體放電產(chǎn)生等離子體存在的問題，能實現(xiàn)大氣壓下大面積均勻產(chǎn)生等離子體。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為
一種介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器，其特征在于包括有外電極、內(nèi)電極和位于外 電極、內(nèi)電極之間的介質(zhì)阻擋層，所述外電極采用金屬材料，外電極接電源，所述內(nèi)電 極為金屬網(wǎng)，內(nèi)電極接地，所述介質(zhì)阻擋層采用絕緣材料。
所述的一種介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器，其特征在于所述外電極為銅板或不銹 鋼板，所述內(nèi)電極為不銹鋼絲網(wǎng)或鎳鉻合金絲網(wǎng)，所述介質(zhì)阻擋層為聚四氟、石英玻璃或者陶瓷。所述的一種介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器，其特征在于所述內(nèi)電極的網(wǎng)格為米字 形、田字形或方形。所述的一種介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器，其特征在于所述外電極為金屬平板， 內(nèi)電極為與外電極平行的平面金屬網(wǎng)，內(nèi)、外電極之間的介質(zhì)阻擋層為與外電極平行的 絕緣平板。所述的一種介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器，其特征在于多個由所述外電極、內(nèi) 電極、介質(zhì)阻擋層構(gòu)成的放電反應(yīng)器彼此相互平行放置構(gòu)成并聯(lián)結(jié)構(gòu)的立體狀放電反應(yīng)
ο所述的一種介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器，其特征在于所述外電極為金屬筒，內(nèi) 電極為筒狀的金屬網(wǎng)，介質(zhì)阻擋層為絕緣筒，所述介質(zhì)阻擋層套在內(nèi)電極外，外電極套 在介質(zhì)阻擋層外，且所述內(nèi)電極、外電極、介質(zhì)阻擋層共中心軸。所述的一種介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器，其特征在于所述外電極為金屬框，內(nèi) 電極為框狀的金屬網(wǎng)，介質(zhì)阻擋層為絕緣框，所述介質(zhì)阻擋層套在內(nèi)電極外，外電極套 在介質(zhì)阻擋層外，所述內(nèi)電極、外電極、介質(zhì)阻擋層的框壁相互平行且共中心點(diǎn)。所述的一種介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器，其特征在于所述電源為高頻脈沖電 源，電源輸出電壓在0-25KV可調(diào)，輸出頻率9kHz-75kHz之間可調(diào)。在常壓下，當(dāng)電場強(qiáng)度不均勻或是一個電極附近的電場比電極間其它部位的電 場強(qiáng)得多時，電壓升高到一定程度，電極附近的氣體介質(zhì)會被局部擊穿而產(chǎn)生電暈放電 現(xiàn)象。本發(fā)明采用薄板電極、阻擋介質(zhì)層和內(nèi)電極的金屬網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，在外加交流高壓 的作用下，內(nèi)電極的金屬網(wǎng)結(jié)構(gòu)周圍產(chǎn)生的電暈預(yù)電離能夠降低氣隙放電場強(qiáng)，阻擋介 質(zhì)層可以抑制電弧放電的形成，從而在反應(yīng)器中出現(xiàn)大面積均勻穩(wěn)定的介質(zhì)阻擋電暈放 H1^ ο采用內(nèi)外電極和介質(zhì)阻擋層構(gòu)成放電反應(yīng)器可以構(gòu)成結(jié)構(gòu)為圓筒形、立方體； 或者多個放電反應(yīng)器平行并聯(lián)，中間留有空間的立方體。筒形或立方體的放電反應(yīng)器可 外加絕緣體支架和金屬外殼，即可形成類似微波爐形狀的介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器。在 反應(yīng)器的背面可以加裝風(fēng)扇以加強(qiáng)等離子體處理效果，反應(yīng)器前面為裝有玻璃觀察窗和 金屬屏蔽網(wǎng)的門。在電暈放電中，電極的幾何構(gòu)型起著關(guān)鍵作用。電場的不均勻性把主要的電離 過程局限于局部電場很高的電極附近，特別是發(fā)生在曲率半徑很小的電極薄層中。本發(fā) 明內(nèi)電極采用金屬網(wǎng)結(jié)構(gòu)，將大的放電區(qū)域分為許多個微放電區(qū)，從而形成大面積均勻 穩(wěn)定的電暈放電區(qū)。阻擋介質(zhì)層的主要作用是限制微放電中帶電粒子的運(yùn)動，使微放電成為一個 個短促的脈沖；讓微放電均勻穩(wěn)定地分布在內(nèi)、外電極之間，防止火花放電。為了避免絲狀放電，根據(jù)電壓頻率-離子捕獲機(jī)制，采用高頻脈沖電源，電源 輸出電壓在0-25KV可調(diào)，輸出頻率9kHz-75kHz之間可調(diào)，并調(diào)整電極間距。因為在變 化的電場中，頻率和間隙的長短都可能對放電產(chǎn)生影響。如果間隙中的離子不能在外加 電壓的半周期時間內(nèi)完全進(jìn)入電極(或擴(kuò)散離開間隙)，在間隙中形成空間電荷，放電過程將受前一時期空間電荷的影響，這些空間電荷將隨電場極性的變化在電極之間振蕩、 增加并累積，直至擊穿。這樣擊穿電壓明顯低于靜態(tài)擊穿電壓，有助于降低氣隙間的放 電場強(qiáng)而避免絲狀放電。
本發(fā)明在相同的外加電壓和放電空間間隙中，因為有電暈電離效應(yīng)，可以產(chǎn)生 并傳輸更多的電荷，同時也輸出更高的放電功率。本發(fā)明放電時能獲得更強(qiáng)的脈沖電壓 和電流，使得放電時的能量更加集中。


圖1為本發(fā)明組成結(jié)構(gòu)圖。
圖2為具有不同結(jié)構(gòu)的本發(fā)明結(jié)構(gòu)圖，其中
圖&為立體狀的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，圖沈為圓筒狀結(jié)構(gòu)，圖北為框狀結(jié)構(gòu)。
圖3為內(nèi)電極網(wǎng)格示意圖，其中
圖3a為田字網(wǎng)格，圖3b為米字網(wǎng)格，圖北為字網(wǎng)格。
圖4為污染氣體處理時本發(fā)明結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
如圖1所示。一種介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器，包括有外電極1、內(nèi)電極3和位于 外電極1、內(nèi)電極3之間的介質(zhì)阻擋層2，外電極1采用金屬材料，外電極1接電源，內(nèi) 電極3為金屬網(wǎng)，內(nèi)電極3接地，介質(zhì)阻擋層2采用絕緣材料。
外電極1為銅板或不銹鋼板，內(nèi)電極3為不銹鋼絲網(wǎng)或鎳鉻合金絲網(wǎng)，介質(zhì)阻擋 層2為聚四氟、石英玻璃或者陶瓷。
如圖3所示。內(nèi)電極3的網(wǎng)格為米字形、田字形或方形。
外電極1為金屬平板，內(nèi)電極3為與外電極1平行的平面的金屬網(wǎng)，內(nèi)、外電極 3、1之間的介質(zhì)阻擋層2為與外電極平行的絕緣平板。
如圖&所示。兩個由外電極1、內(nèi)電極3、介質(zhì)阻擋層2構(gòu)成的放電反應(yīng)器彼 此相互平行放置構(gòu)成并聯(lián)結(jié)構(gòu)的立體狀放電反應(yīng)器。
如圖沈所示。外電極1為金屬筒，內(nèi)電極3為筒狀的金屬網(wǎng)，介質(zhì)阻擋層2為 絕緣筒，介質(zhì)阻擋層2套在內(nèi)電極3外，外電極1套在介質(zhì)阻擋層2外，且內(nèi)電極3、外 電極1、介質(zhì)阻擋層2共中心軸。
如圖北所示。外電極1為金屬框，內(nèi)電極3為框狀的金屬網(wǎng)，介質(zhì)阻擋層2為 絕緣框，介質(zhì)阻擋層2套在內(nèi)電極3外，外電極1套在介質(zhì)阻擋層2外，內(nèi)電極3、外電 極1、介質(zhì)阻擋層2的框壁相互平行且共中心點(diǎn)。
電源為高頻脈沖電源，電源輸出電壓在0-25KV可調(diào)，輸出頻率9kHz-75kHz之間可調(diào)。
具體實施例一常壓等離子體滅菌
用大氣壓介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器對玻璃器皿表面的細(xì)菌做了失活實驗。結(jié)果 表明，這種放電反應(yīng)器產(chǎn)生的等離子體能夠使IO6數(shù)量級的枯草芽孢桿菌在2分鐘時全部 失活、使枯草桿菌黑色變種芽孢和嗜熱脂肪芽孢桿菌在5分鐘后全部失活。這表明本發(fā) 明的放電反應(yīng)器等離子體的殺菌效果是非常有效的。而且在滅菌過程中，放電反應(yīng)器內(nèi)部的溫度并沒有顯著升高，因此不會對材料本身的性質(zhì)造成影響。這是因為等離子體產(chǎn)生過程中，可放出大量紫外線，這種高能紫外光可以破壞 DNA等核酸而起到殺菌作用。等離子體中含有大量的02_、OH > NO >羥基、氫氧基、氫、氧等活性自由 基，活性自由基以破壞微生物膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)殺菌作用為主，同細(xì)菌細(xì)胞壁中的脂蛋白或細(xì) 胞膜中的磷脂質(zhì)、蛋白質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使細(xì)胞壁和細(xì)胞受到破壞，使其失去活 性。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，能夠直接在大氣壓下操作、使用空氣作為工作氣體，可以在 醫(yī)療、衛(wèi)生、食品等行業(yè)使用。具體實施例二 等離子體表面改性由于塑料材料成本低廉、使用方便、易于消毒，所以利用它們作為組織培養(yǎng)的 材料變得越來越普遍。然而，未經(jīng)處理的材料表面具有疏水性，不能提供足夠的結(jié)合點(diǎn) 來使細(xì)胞和具有生物活性的分子有效的結(jié)合在它們的表面。將培養(yǎng)皿、培養(yǎng)瓶放入放電反應(yīng)器中，放電產(chǎn)生等離子體，在放電反應(yīng)器中處 理10-15分鐘。經(jīng)等離子體處理的培養(yǎng)皿、培養(yǎng)瓶表面由疏水變?yōu)橛H水，獲得支持細(xì)胞 黏附鋪展的能力，提高細(xì)胞繁殖數(shù)量和速度，從而更適于細(xì)胞培養(yǎng)。該等離子體放電反應(yīng)器適用于大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)皿的處理，它能抑制孢子增生， 提高親代細(xì)胞和子代細(xì)胞培養(yǎng)的可靠性。具體實施例三污染氣體處理污染氣體指的是煙道氣和惡臭氣體。將該反應(yīng)器用于污染氣體處理。如圖4所 示，它具有筒形集氣罐，集氣罐兩端設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口，罐內(nèi)設(shè)有放電反應(yīng)器，放電 反應(yīng)器內(nèi)、外電極間距為40mm。由于實際應(yīng)用中污染氣體流量較大，采用多個電暈放 電單元并聯(lián)平行放置，以增加污染氣體的處理量，提高處理效率。本放電反應(yīng)器在相同的外加電壓和放電空間間隙中，因為有電暈電離效應(yīng)，可 以產(chǎn)生并傳輸更多的電荷，同時也輸出更高的放電功率。放電時能獲得更強(qiáng)的脈沖電壓 和電流，使得放電時的能量更加集中，這樣有助于提高污染氣體的處理效率。有害物質(zhì)經(jīng)過電暈放電單元處理，通過以下方式被去除(1)較低能量的電子與空氣中的顆粒和微生物碰撞，使之荷電，從而被靜電場吸 附清除；(2)能量較高的電子直接與化學(xué)物質(zhì)碰撞，使之電離分解；(3)能量較高的電子與空氣中多種成分相互作用，產(chǎn)生自由基，有害物質(zhì)與自由 基進(jìn)行兩體甚至散體碰撞變?yōu)闊o害物。
權(quán)利要求
1.一種介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器，其特征在于包括有外電極、內(nèi)電極和位于外電 極、內(nèi)電極之間的介質(zhì)阻擋層，所述外電極采用金屬材料，外電極接電源，所述內(nèi)電極 為金屬網(wǎng)，內(nèi)電極接地，所述介質(zhì)阻擋層采用絕緣材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器，其特征在于所述外電極 為銅板或不銹鋼板，所述內(nèi)電極為不銹鋼絲網(wǎng)或鎳鉻合金絲網(wǎng)，所述介質(zhì)阻擋層為聚四 氟、石英玻璃或者陶瓷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器，其特征在于所述內(nèi)電極 的網(wǎng)格為米字形、田字形或方形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器，其特征在于所述外電極 為金屬平板，內(nèi)電極為與外電極平行的平面的金屬網(wǎng)，內(nèi)、外電極之間的介質(zhì)阻擋層為 與外電極平行的絕緣平板。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器，其特征在于多個由所述 外電極、內(nèi)電極、介質(zhì)阻擋層構(gòu)成的放電反應(yīng)器彼此相互平行放置構(gòu)成并聯(lián)結(jié)構(gòu)的立體 狀放電反應(yīng)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器，其特征在于所述外電極 為金屬筒，內(nèi)電極為筒狀的金屬網(wǎng)，介質(zhì)阻擋層為絕緣筒，所述介質(zhì)阻擋層套在內(nèi)電極 夕卜，外電極套在介質(zhì)阻擋層外，且所述內(nèi)電極、外電極、介質(zhì)阻擋層共中心軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器，其特征在于所述外電極 為金屬框，內(nèi)電極為框狀的金屬網(wǎng)，介質(zhì)阻擋層為絕緣框，所述介質(zhì)阻擋層套在內(nèi)電極 夕卜，外電極套在介質(zhì)阻擋層外，所述內(nèi)電極、外電極、介質(zhì)阻擋層的框壁相互平行且共 中心點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器，其特征在于所述電源為 高頻脈沖電源，電源輸出電壓在0-25KV可調(diào)，輸出頻率9kHz-75kHz之間可調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種介質(zhì)阻擋電暈放電反應(yīng)器，包括有外電極、內(nèi)電極和位于外電極、內(nèi)電極之間的介質(zhì)阻擋層，外電極接電源，內(nèi)電極接地。本發(fā)明在相同的外加電壓和放電空間間隙中，因為有電暈電離效應(yīng)，可以產(chǎn)生并傳輸更多的電荷，同時也輸出更高的放電功率。本發(fā)明放電時能獲得更強(qiáng)的脈沖電壓和電流，使得放電時的能量更加集中。
文檔編號H05H1/46GK102026468SQ201010560010
公開日2011年4月20日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者孟月東, 方世東, 沈潔, 程城 申請人:中國科學(xué)院等離子體物理研究所